演講人：日期:細(xì)胞凋亡途徑目錄CONTENTS02.04.05.01.03.06.細(xì)胞凋亡概述細(xì)胞凋亡檢測(cè)方法主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路疾病相關(guān)性研究關(guān)鍵調(diào)控分子機(jī)制前沿研究方向01細(xì)胞凋亡概述基本概念與生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡定義細(xì)胞凋亡是一種由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡方式，涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等過程。01生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡對(duì)于維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、調(diào)控細(xì)胞數(shù)量、清除衰老或受損細(xì)胞等具有重要意義。02生理與病理調(diào)控作用細(xì)胞凋亡在人體發(fā)育、組織重塑、免疫調(diào)節(jié)等生理過程中發(fā)揮重要作用，如維持組織細(xì)胞數(shù)量的動(dòng)態(tài)平衡、清除衰老或受損細(xì)胞等。生理作用細(xì)胞凋亡的異常可能導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，如腫瘤、自身免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病等。病理影響區(qū)別于細(xì)胞壞死的特征細(xì)胞凋亡時(shí)，細(xì)胞質(zhì)凝縮，核染色質(zhì)凝聚，形成凋亡小體，最終被吞噬細(xì)胞吞噬；而細(xì)胞壞死時(shí)，細(xì)胞質(zhì)膜破裂，細(xì)胞內(nèi)容物釋放，引起周圍組織的炎癥反應(yīng)。形態(tài)學(xué)特征生化特征調(diào)控機(jī)制細(xì)胞凋亡過程中，核酸內(nèi)切酶被激活，將DNA切割成片段，這些片段可以被吞噬細(xì)胞識(shí)別和吞噬；而細(xì)胞壞死時(shí)，DNA隨機(jī)斷裂，形成不同長(zhǎng)度的DNA片段。細(xì)胞凋亡受到嚴(yán)格的基因調(diào)控，包括凋亡相關(guān)基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等過程；而細(xì)胞壞死則是由于物理、化學(xué)等因素引起的被動(dòng)過程，不受基因調(diào)控。02主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路線粒體途徑（內(nèi)源性通路）Bcl-2家族蛋白調(diào)控Bcl-2家族蛋白是線粒體途徑的關(guān)鍵調(diào)控因子，包括促凋亡蛋白Bax、Bak和抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-XL等，它們通過相互作用形成二聚體，調(diào)控線粒體膜通透性。細(xì)胞色素c釋放線粒體途徑中，細(xì)胞色素c從線粒體釋放到胞質(zhì)中，與Apaf-1結(jié)合形成凋亡體，進(jìn)而激活下游的Caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)釋放線粒體膜通透性增加后，凋亡誘導(dǎo)因子AIF等從線粒體釋放，直接作用于細(xì)胞核，引起DNA斷裂和細(xì)胞凋亡?；钚匝?ROS)產(chǎn)生線粒體是細(xì)胞內(nèi)ROS的主要來源，ROS通過氧化應(yīng)激和損傷線粒體DNA等方式，促進(jìn)線粒體途徑的細(xì)胞凋亡。死亡受體途徑（外源性通路）死亡受體與配體結(jié)合死亡受體途徑通過細(xì)胞膜上的死亡受體（如Fas、TNFR等）與相應(yīng)的配體（如FasL、TNF等）結(jié)合而啟動(dòng)。01死亡受體復(fù)合物形成死亡受體與配體結(jié)合后，形成死亡受體復(fù)合物，通過招募和激活FADD等接頭蛋白，進(jìn)一步激活下游的Caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)。02Caspase-8激活在死亡受體復(fù)合物中，Caspase-8被激活，進(jìn)而激活下游的效應(yīng)Caspase，如Caspase-3、Caspase-7等，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。03凋亡信號(hào)傳導(dǎo)死亡受體途徑的凋亡信號(hào)可以通過線粒體途徑進(jìn)一步放大，形成凋亡信號(hào)的正反饋循環(huán)，加速細(xì)胞凋亡進(jìn)程。04內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)通路內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和加工的重要場(chǎng)所，當(dāng)細(xì)胞受到缺氧、營(yíng)養(yǎng)不足等應(yīng)激時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能發(fā)生紊亂，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)。蛋白質(zhì)折疊異常內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)中，蛋白質(zhì)折疊異?；驘o法降解的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)積聚，形成未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，進(jìn)一步加劇內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。IRE1-XBP1通路激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)，IRE1等應(yīng)激感受蛋白被激活，通過剪接XBP1mRNA等方式，調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞適應(yīng)應(yīng)激環(huán)境或觸發(fā)細(xì)胞凋亡。Caspase-12激活在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)通路中，Caspase-12被激活，進(jìn)而激活下游的Caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。同時(shí)，Caspase-12的激活也可以被其他凋亡信號(hào)所抑制，形成復(fù)雜的凋亡調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。03關(guān)鍵調(diào)控分子機(jī)制Bcl-2家族蛋白調(diào)控網(wǎng)絡(luò)Bcl-2蛋白的抗凋亡作用Bcl-2蛋白能抑制細(xì)胞色素c的釋放，進(jìn)而阻止Caspase蛋白酶的激活，發(fā)揮抗凋亡作用。Bax蛋白的促凋亡作用Bcl-xL和Bak的調(diào)控作用Bax蛋白能與Bcl-2蛋白形成異源二聚體，抑制Bcl-2的抗凋亡作用，同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞色素c的釋放，激活Caspase蛋白酶，發(fā)揮促凋亡作用。Bcl-xL能抑制Bak的活性，阻止細(xì)胞色素c的釋放；而Bak在受到凋亡信號(hào)刺激后，能激活細(xì)胞色素c的釋放，啟動(dòng)凋亡過程。123Caspase蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)在凋亡信號(hào)的刺激下，Caspase-8/10被激活，進(jìn)而切割并激活下游的Caspase-3/6/7，啟動(dòng)凋亡程序的執(zhí)行。Caspase-8/10的激活Caspase-9被細(xì)胞色素c和Apaf-1形成的復(fù)合體激活，進(jìn)而切割并激活Caspase-3/6/7，放大凋亡信號(hào)。Caspase-9的激活這些Caspase蛋白酶能切割多種細(xì)胞蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞骨架解體、DNA斷裂等凋亡特征的出現(xiàn)。Caspase-3/6/7的作用p53等調(diào)控基因作用p53的轉(zhuǎn)錄激活作用p53能激活多種凋亡相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，如Bax、Puma、Noxa等，促進(jìn)凋亡的發(fā)生。01p53的DNA修復(fù)功能p53還能參與DNA損傷修復(fù)過程，當(dāng)DNA損傷無法修復(fù)時(shí)，p53會(huì)啟動(dòng)凋亡程序，清除受損細(xì)胞。02其他調(diào)控基因的作用如c-Myc、E2F1等基因也能調(diào)控細(xì)胞凋亡，它們通過不同的信號(hào)通路和機(jī)制影響凋亡的發(fā)生和進(jìn)程。0304細(xì)胞凋亡檢測(cè)方法形態(tài)學(xué)觀察技術(shù)透射電子顯微鏡觀察細(xì)胞凋亡過程中細(xì)胞器、細(xì)胞膜等超微結(jié)構(gòu)的變化。03利用熒光染料與細(xì)胞特定結(jié)構(gòu)結(jié)合，觀察細(xì)胞凋亡過程中的形態(tài)變化。02熒光顯微鏡光學(xué)顯微鏡通過染色等方法觀察細(xì)胞形態(tài)變化，如細(xì)胞核固縮、碎裂等。01生化標(biāo)志物檢測(cè)如Caspase家族蛋白、Bcl-2家族蛋白等，通過Westernblot等方法檢測(cè)其表達(dá)水平。凋亡相關(guān)蛋白凋亡相關(guān)酶活性細(xì)胞膜成分變化如Caspase酶活性等，通過酶活性測(cè)定反映細(xì)胞凋亡程度。如磷脂酰絲氨酸外翻等，通過特定抗體檢測(cè)。流式細(xì)胞術(shù)分析通過PI染色等方法，檢測(cè)細(xì)胞周期分布，分析凋亡細(xì)胞所占比例。細(xì)胞周期分析利用特定熒光染料標(biāo)記凋亡細(xì)胞，通過流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)凋亡細(xì)胞比例。細(xì)胞凋亡率測(cè)定通過流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子的表達(dá)水平，反映細(xì)胞凋亡通路激活情況。細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子檢測(cè)05疾病相關(guān)性研究腫瘤發(fā)生與治療抵抗凋亡逃逸細(xì)胞凋亡的逃逸是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵步驟之一，凋亡逃逸使得癌細(xì)胞能夠無限增殖并抵抗各種凋亡信號(hào)。01凋亡調(diào)控機(jī)制癌細(xì)胞通過調(diào)控凋亡相關(guān)基因的表達(dá)來抵抗凋亡，如Bcl-2家族蛋白的過表達(dá)或突變。02凋亡與腫瘤治療許多腫瘤治療方法，如化療和放療，都是通過誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡來達(dá)到治療效果的。03神經(jīng)退行性疾病機(jī)制凋亡與神經(jīng)退行性疾病進(jìn)程神經(jīng)元凋亡的加劇和失控是神經(jīng)退行性疾病進(jìn)程的關(guān)鍵。03神經(jīng)退行性疾病中，凋亡相關(guān)蛋白的異常表達(dá)或功能失調(diào)會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。02凋亡蛋白異常神經(jīng)元凋亡神經(jīng)元凋亡是神經(jīng)退行性疾病的主要病理特征之一，如阿爾茨海默病、帕金森病等。01自身免疫疾病關(guān)聯(lián)自身免疫反應(yīng)細(xì)胞凋亡異常可能導(dǎo)致自身免疫反應(yīng)的發(fā)生，凋亡細(xì)胞釋放的自身抗原可能激活免疫系統(tǒng)。凋亡與自身免疫疾病凋亡調(diào)控與自身免疫疾病治療在自身免疫疾病中，凋亡細(xì)胞的清除受阻或凋亡異常增多，導(dǎo)致自身抗體產(chǎn)生和炎癥反應(yīng)。通過調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)或活性，可能有助于自身免疫疾病的治療。12306前沿研究方向通過抑制Bcl-2的抗凋亡作用，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，例如ABT-737等Bcl-2抑制劑。靶向Bcl-2家族蛋白抑制IAP蛋白的活性，激活Caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，如SMAC模擬物。靶向IAP蛋白恢復(fù)p53的腫瘤抑制功能，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，涉及MDM2抑制劑等。靶向p53通路靶向凋亡通路藥物開發(fā)單細(xì)胞分析技術(shù)應(yīng)用單細(xì)胞測(cè)序利用高通量測(cè)序技術(shù)，對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行基因組、轉(zhuǎn)錄組和表觀組測(cè)序，解析細(xì)胞凋亡的異質(zhì)性。01單細(xì)胞成像應(yīng)用顯微鏡技術(shù)，如超高分辨率顯微鏡，觀察單個(gè)細(xì)胞凋亡過程中的形態(tài)變化和分子動(dòng)態(tài)。02單細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)合微流控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞的分離、培養(yǎng)和分析，研究細(xì)胞凋亡的調(diào)控機(jī)